Manchmal muss man etwas nachhelfen Energieumsatz bei chemischen Reaktionen

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1 1 von 26 Manchmal muss man etwas nachhelfen Energieumsatz bei chemischen Reaktionen Ein Beitrag von Dr. Leena Bröll, Gundelingen Mit Illustrationen von Dr. Leena Bröll, Gundelingen, und Katja Rau, Berglen Im Chemie-Anfangsunterricht sind chemische Reaktionen ein großes Thema. Damit verbunden sollte man auch einen Blick auf den Energieumsatz bei chemischen Reaktionen werfen. Anhand von alltagsnahen Schülerversuchen erforschen Ihre Schüler Gesetzmäßigkeiten über den Energieumsatz bei chemischen Reaktionen und wenden sie an Beispielen an. Motivierendes Übungsmaterial sorgt dafür, dass Begriffe wie exotherm, endotherm, Aktivierungsenergie oder Katalysator nachhaltig gelernt werden. Das Entzünden eines Streichholzes ist ein Beispiel für eine exotherme Reaktion im Alltag. Mit Übungsmaterial zur Aktivierungsenergie und zum Erstellen von Energiediagrammen! Foto: Colourbox Das Wichtigste auf einen Blick Klasse: 8/9 Dauer: 7 Stunden (Minimalplan: 3) Kompetenzen: Die Schüler beschreiben exotherme und endotherme Reaktionen und unterscheiden sie voneinander. deinieren den Begriff der Aktivierungsenergie. erläutern die Funktion und die Wirkung eines Katalysators. nennen Beispiele für Katalysatoren in unserem Alltag Versuche: Wir lernen eine endotherme/exotherme Reaktion kennen (SV) Wie bringt man einen Zuckerwürfel zum Brennen? (SV) Katalysatoren in unserem Körper (LV) Übungsmaterial: Die Aktivierungsenergie bist du it? Alles auf einen Blick der Energieumsatz von chemischen Reaktionen Jetzt weiß ich s! Energieumsatz bei chemischen Reaktionen

2 5 von 26 Die Einheit im Überblick V = Vorbereitung FO = Folie AB = Arbeitsblatt D = Durchführung SV = Schülerversuch LEK = Lernerfolgskontrolle LV = Lehrerversuch Stunde 1: M 1 (FO) M 2 (AB) Einstieg ins Thema Um welches Thema geht es? Wie funktioniert eigentlich ein Taschenwärmer? Stunden 2 3: Eigenschaften chemischer Reaktionen M 3 (SV) D: 10 min M 4 (SV) D: 10 min Stunde 4: Wir lernen eine endotherme Reaktion kennen Kupfersulfat-Pentahydrat 1 Spatel Wir lernen eine exotherme Reaktion kennen Wiederholung 1 Reagenzglashalter Leitungswasser 1 Reagenzglashalter 1 Gasbrenner 1 Packung Streichhölzer 1 Einmalpipette M 5 (AB) M 6 (AB) Stunde 5 6: M 7 (SV) D: 10 min LV D: 15 min Die Aktivierungsenergie bist du fit? Alles auf einen Blick der Energieumsatz von chemischen Reaktionen Katalysatoren Wie bringt man einen Zuckerwürfel zum Brennen? 2 Zuckerwürfel frische Pflanzenasche Katalysatoren in unserem Körper 1 Schutzbrille 1 Paar Schutzhandschuhe 1 Laborkittel Kupfersulfatpulver im Reagenzglas aus dem Vorversuch Wasserstoffperoxidlösung c 5 % 1 Porzellanschale 1 Gasbrenner 1 Dreifuß 1 rohe Kartoffel 1 gekochte Kartoffel 2 Reagenzgläser 1 Reagenzglasständer 1 Drahtnetz 1 Petrischale 1 Messzylinder (10 ml) 1 Glimmspan 1 Küchenmesser 1 Küchenbrett M 8 (VP) M 9 (AB) Versuchsprotokoll: Katalysatoren in unserem Körper Ein wahres Multitalent! Katalysatoren im Alltag

3 6 von 26 V Stunde 7: M 10 (LEK) Lernerfolgskontrolle Jetzt weiß ich s! Energieumsatz bei chemischen Reaktionen Die Gefährdungsbeurteilungen zu den Versuchen finden Sie auf CD 19. Minimalplan Die Zeit ist knapp? Dann reduzieren Sie die Einheit auf drei Stunden. Führen Sie in diesem Fall die 1. Stunde mithilfe von Farbfolie M 1 und Arbeitsblatt M 2 durch. Damit haben Sie die Begriffe Aktivierungsenergie, exotherme und endotherme Reaktion angesprochen. Führen Sie schließlich den Aspekt des Katalysators mithilfe von Schülerversuch M 7 und Arbeitsblatt M 9 ein. Die Lernerfolgskontrolle M 10 entfällt.

4 7 von 26 Um welches Thema geht es? M Fotos: 1, 3 7: Colourbox; 2, 8: Thinkstock/iStock

5 10 von 26 V M 3 Wir lernen eine endotherme Reaktion kennen sind immer mit einem Energieumsatz verbunden: Entweder wird Energie freigesetzt (exotherme Reaktion), oder es wird Energie benötigt, damit die Reaktion abläuft (endotherme Reaktion). In diesem Versuch lernt ihr eine endotherme Reaktion kennen. Schülerversuch in Vierergruppen Vorbereitung: 5 min Durchführung: 10 min Aufgabe Führt den folgenden Versuch durch. So führt ihr den Versuch durch 1. Stellt die folgenden Materialien bereit. Kupfersulfat-Pentahydrat 1 Spatel 1 Reagenzglas 1 Reagenzglashalter 1 Gasbrenner 1 Packung Streichhölzer 2. Füllt das Reagenzglas mit 3 Spatelspitzen Kupfersulfat-Pentahydrat. 3. Haltet das Reagenzglas mit dem Reagenzglashalter leicht waagerecht in die rauschende Gasbrennerflamme. Beobachten und Auswerten 1. Notiert eure Beobachtungen. 2. Vervollständigt die Lücken im Text mit den folgenden Begriffen: verdampft Kupfersulfat Umgebungswärme Wasser Kupfersulfat- Pentahydrat höheren zugeführt Wasser Kupfersulfat Erklärung: Kupfersulfat-Pentahydrat besteht aus und. Beim Erhitzen wird das Wasser aus den Kristallen gelöst und. Endotherme Reaktion: Es muss ständig Energie werden. Diese Energie ist in ihrer Form und Stärke sehr verschieden. Bei manchen Reaktionen reicht sogar die. Die Endstoffe befinden sich in einem energetisch Zustand, d. h., sie sind nicht so stabil wie die Ausgangsstoffe. Reaktionsgleichung: +

6 21 von 26 Ein wahres Multitalent! Katalysatoren im Alltag M 9 Katalysatoren sind wahre Multitalente, die aus unserer modernen Welt nicht mehr wegzudenken sind. Vor allem in der Industrie sind Katalysatoren unverzichtbar geworden. Erfahre hier mehr darüber. Aufgabe 1 Lies dir den folgenden Info-Text durch In der Landwirtschaft benötigt man eine große Menge an Dünger. Dünger werden oft aus Ammoniak hergestellt. Die großindustrielle Herstellung von Ammoniak erfolgt durch das Haber-Bosch-Verfahren. In diesem Verfahren wird aus Stickstoff und Wasserstoff Ammoniak gewonnen. Dabei spielen Katalysatoren eine große Rolle. Um die starken innermolekularen Kräfte in Stickstoffmolekülen aufzubrechen, ist nämlich sehr viel Energie nötig. Katalysatoren ermöglichen es den Reaktionspartnern, diesen enormen Energieberg zu umgehen. Mithilfe der Katalysatoren wird die benötigte Energie verringert, sodass die Reaktion beschleunigt wird. Hierbei wird der Katalysator nicht verbraucht und kann immer wieder neu verwendet werden. Katalysatoren spielen auch in der Automobilindustrie eine wichtige Rolle. Sie werden eingesetzt, um die Autoabgase zu entgiften, d. h. die giftigen Stoffe Stickoxide, Kohlenstoffmonooxide und unverbrannte Kohlenwasserstoffe in die ungiftigen Stoffe Kohlenstoffdioxid, Wasser und Stickstoff umzuwandeln. Dadurch kann der Schadstoffausstoß drastisch reduziert werden. In der Landwirtschaft spielen Dünger eine große Rolle. Dank Fahrzeugkatalysatoren konnte die Schadstoffemission von Autos stark verringert werden. Aufgabe 2 Beantworte die folgenden Fragen. a) Nenne drei Beispiele von Vorgängen, die ohne Katalysator nicht möglich wären. b) Was ist der Vorteil beim Einsatz von Katalysatoren? c) Welche ökologischen und wirtschaftlichen Faktoren spielen beim Einsatz von Katalysatoren eine Rolle? d) Fallen dir weitere Bereiche ein, in denen Katalysatoren eingesetzt werden? Fotos: Thinkstock/iStock Wusstest du schon, dass auch in der Natur Katalysatoren vorkommen? Durch Biokatalysatoren in Form von Enzymen wird das Überleben aller Organismen gesichert. In unseren Zellen laufen jederzeit katalytische Vorgänge ab, die überlebensnotwendig sind.